Pequenos sistemas, grandes benefícios

Pequenos sistemas, grandes benefícios

Como os permutadores de calor de tubos de calor concebidos pelos parceiros ETEKINA estão a moldar os sistemas de recuperação de calor residual do futuro.

No início de Fevereiro deste ano, o custo do carbono atingiu níveis recorde com valores para uma tonelada de emissões de dióxido de carbono a atingir 95 euros. Desde esta altura, a penalidade de poluição estabelecida pelos Sistemas de Comércio de Emissões da União Europeia diminuiu, mas os custos do carbono continuam a ser dezenas de euros mais elevados do que os preços de comércio anteriores, numa altura em que os preços do gás natural também são elevados de forma visível.

A implicação para projectos de recuperação de calor residual, como a ETEKINA, é profunda. Como Mark Boocock, director-geral da Econotherm, Reino Unido, destaca: "O aumento dos preços do gás e os custos mais elevados do carbono estão a impulsionar significativamente a procura de recuperação de calor desperdiçado, em todo o mundo".

"Os projectos de energia que no passado estavam a lutar para ser assinados estão agora a voar e estamos também a ver um maior enfoque na governação ambiental em muitas empresas", acrescenta ele. "Temos visto muitas empresas globais a implementar a recuperação de calor residual em instalações existentes, ao mesmo tempo que a mandatamos em novas instalações - este é um grande momento para projectos como a ETEKINA".

Boocock tem estado envolvido com a ETEKINA desde o início, trabalhando em estreita colaboração com o coordenador científico do projecto, Professor Hussam Jouhara, da Universidade Brunel de Londres. Jouhara liderou a concepção dos três sistemas de recuperação de calor de tubos de calor do projecto, tendo os colegas Boocock e Econotherm fabricado e instalado os sistemas na linha de produção de ligas de alumínio da Fagor Ederlan em Espanha, na siderurgia SIJ Metal Ravne na Eslovénia e na fábrica de produção de cerâmica, Atlas Concorde, em Itália.

Tanto Jouhara como Boocock estão entusiasmados com os resultados do projecto. O objectivo inicial da ETEKINA era recuperar 40 por cento do calor desperdiçado nos fluxos de escape em cada instalação - quatro anos depois, todos os locais excederam este objectivo. "Com os três sistemas de condutas de calor, instalámos mais de um megawatt de potência", destaca Jouhara. "Na sequência do nosso sucesso, estamos agora a entregar totalmente à Econotherm, que será capaz de replicar estes sistemas em todo o mundo".

Fazendo-o bem com unidades à escala de laboratório

Uma parte crítica do projecto ETEKINA foi desenvolver três unidades de permutador de calor de tubos de calor à escala laboratorial (HPHE) em Brunel, validar modelos HPHE e também servir como bancos de ensaio para as unidades à escala real que seriam instaladas nos três locais em Espanha, Eslovénia e Itália. Segundo Jouhara, ele e colegas conceberam modelos térmicos gerais para os permutadores de calor, ao mesmo tempo que realizavam modelos adicionais para optimizar os projectos complexos das unidades. Estes modelos foram testados nas unidades à escala de laboratório.

Por exemplo, a dinâmica computacional dos fluidos foi utilizada para modelar o fluxo de gases de escape na fábrica de produção cerâmica Atlas Concorde em Itália, e assegurar que quaisquer partículas pesadas permanecessem suspensas no gás à medida que este fluía através do sistema. "Se o fluxo de gás estagnasse dentro do permutador de calor, estas partículas pesadas poderiam ser depositadas, acumular-se e eventualmente bloquear o sistema", explica Jouhara. "Assim, desenvolvemos alguns projectos inovadores [para evitar a deposição de partículas] e testámo-los no sistema à escala laboratorial".

Durante a sua modelização e testes iniciais, os engenheiros também se aperceberam que mesmo que estas partículas permanecessem suspensas durante o fluxo de gás, elas ainda se fixariam às paredes do tubo quando as temperaturas de escape descessem abaixo de um certo nível. Tendo isto em conta, adicionaram portas de inspecção de fácil acesso ao sistema final para que as partículas pudessem ser removidas durante a manutenção regular.

"Conseguimos validar este desenho [com as portas] in-situ no Atlas Concorde, o que foi espantoso", diz Jouhara. "As unidades à escala de laboratório asseguraram que quaisquer soluços precoces fossem apanhados".

Tanto Jouhara como Boocock também destacam como as unidades à escala de laboratório são altamente escaláveis e serão instrumentais para o futuro desenvolvimento de mais instalações de recuperação de calor em todo o mundo. Além disso, podem ser utilizadas para ajudar a garantir que o sistema final não terá impacto nos processos de fabrico existentes de uma instalação.

"A implementação de um sistema de recuperação de calor residual convencional, ou sem aquecimento, pode trazer muitos benefícios, mas há sempre o risco de que possa interferir com o fabrico - quaisquer ganhos serão rapidamente perdidos se uma falha do permutador de calor interromper a produção", diz Boocock. "Mas se olharmos para as nossas três instalações - estas são invisíveis aos processos de produção mas têm tido um enorme impacto no consumo e eficiência energética".

Mais formas de desperdiçar calor

Olhando para o futuro, as unidades à escala de laboratório serão fundamentais para a concepção do futuro sistema HPHE. Como Jouhara salienta: "[Estas unidades] podem fornecer-nos uma visão realmente importante do funcionamento de um sistema e da sua controlabilidade".

E, agradavelmente, Jouhara e Boocock já estão a implementar este conhecimento, e as muitas lições aprendidas durante a ETEKINA, noutros projectos. Enquanto na fábrica de produção cerâmica Atlas Concorde, os engenheiros observaram que estavam a ser criadas grandes quantidades de condensação de água que se aperceberam que poderiam ser recuperadas para reduzir ainda mais o consumo de energia e aumentar a eficiência energética. O projecto financiado pela UE, Innovative Water recoverY Solutions através da reciclagem de calor, materiais e água em múltiplos sectores - iWAYS - foi lançado desde então para desenvolver tecnologias baseadas em tubos de calor para processos industriais, para recuperar água e calor dos fluxos de escape.

"Vejo a ETEKINA como sendo o projecto-mãe do iWAYS, e estamos agora a impulsionar ainda mais as nossas tecnologias para recuperar o calor latente e reciclar a água das correntes de escape no Atlas Concorde e noutras instalações", diz Jouhara. "Como vêem, a nossa história de sucesso não pára com os produtos que desenvolvemos na ETEKINA - estamos agora a empurrá-los para o nível seguinte e trará mudanças drásticas aos sistemas de recuperação de calor residual do futuro".